Физики разработали звуковой аналог лазера

Устройство для получения когерентных звуковых волн с использованием двух кремниевых резонаторов. Фото авторов исследования

Две группы физиков представили разработки, позволяющие получать звуковой аналог лазера, также известный как сазер. Работы обоих коллективов опубликованы в журнале Physical Review Letters. Коротко использованные учеными подходы описаны на портале Nature News.

Термин сазер происходит от английского sound laser (звуковой лазер), сокращенного до saser. "Традиционный" лазерный луч представляет собой луч света строго определенной частоты (цвета). В обычном пучке света, например от Солнца, сочетаются лучи с различными частотами. Лазеры способны усиливать излучение определенной частоты, и в итоге на выходе получается практически "чистый" пучок света.

Так как скорость перемещения звуковых волн меньше, чем световых, длина волны звуковой волны меньше, чем у световой с той же частотой (частота и длина волны связаны обратным соотношением через скорость света). Ученых особенно интересуют звуковые волны с короткими длинами волн. Это обстоятельство создает серьезные трудности для конструкторов сазеров. При попытке получить луч сазера определенной длины волны (то есть при его усилении) резонирует лучи с широким набором частот (так как необходимая ученым частота получается очень низкой).

Авторы первого исследования обошли эту трудность, используя два кремниевых резонатора. Лазерные лучи заставляли резонаторы колебаться. Ученые определяли, когда один из резонаторов начинал колебаться строго с одной частотой, и заставляли резонаторы соприкоснуться. Полученный звук представлял собой луч сазера. Изменяя расстояние между резонаторами, физики добивались испускания звуков различных частот.

Вторая группа использовала принципиально иной принцип получения сазерных лучей. Ученые работали с колонной, сделанной из чередующихся слоев арсенида галлия и арсенида алюминия. Когда луч лазера "ударял" в вершину колонны, возникающие звуковые волны заставляли электроны арсенида галлия туннелировать сквозь слой арсенида алюминия. Последовательные акты туннелирования усиливали звук определенной частоты, который дополнительно стимулировал процесс туннелирования. В отличие от первой работы, в данном исследовании физики получали не столь чистый сазерный луч.

В перспективе обе созданные установки могут очень широко использоваться на практике. При помощи лучей сазера, например, возможно создавать приборы, способные разрешать микроскопические объекты намного эффективнее, чем это могут делать современные микроскопы.